Problematyka przywrócenia migracji ryb przez obiekty
hydrotechniczne w korytach rzecznych
A
spects of the fish migration trough barrages restoration in river channels
Michał Wierzbicki
Katedra Inżynierii Wodnej i Sanitarnej, Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Poznań, mwierzb@up.poznan.pl
Zarys treści: W artykule poruszono problematykę przywrócenia migracji ryb przez obiekty hydrotechniczne w aspekcie oddziaływania piętrzenia na
morfologię koryta Omówiono zmiany jakie mogą nastąpić w korycie rzeki na skutek piętrzenia wody i jej wykorzystania dla celów energetycznych, oraz wpływ, jaki piętrzenie wywiera na warunki migracji organizmów wodnych, głównie ryb Przedstawiono priorytety oraz założenia projektowe, które powinny spełniać współczesne konstrukcje przepławek tak, aby ich działanie było jak najbardziej efektywne Na podstawie prac związanych z opiniowa-niem dokumentacji projektowych oraz wniosków o dofinansowanie budowy przepławek ustalono, jakie elementy powinny być brane pod uwagę podczas opracowywania koncepcji, projektu oraz użytkowania przyjętego rozwiązania udrożnienia stopnia dla migracji organizmów Wskazano na potrzebę rzetelnej analizy uwarunkowań formalnoprawnych, środowiskowych i technicznych oraz różnych wariantów rozwiązań
Słowa kluczowe: piętrzenie, morfologia koryta, elektrownia wodna, migracja ryb, przepławka
Abstract: In this paper aspects of the fish migration trough barrages in context of the barrage influence on river morphology are presented River
mor-phology changes as the result of the artificial water level increasing and water usage for the power plant are described Also the barrage influence on fish migration conditions is presented Fishpass projects priorities and foundations that should be fulfilled to get maximum efficiency are discussed in this paper On the basis of applications for providing finances of fishpass projects and their realizations, aspects that should be taken into consideration during the conception, project elaborating and the fishpass utilization are specified The necessity of law regulations and environment and technical aspects adequate analyse is emphasized Also different versions of available solutions should be analysed
Key words: barrage, river morphology, water power plant, fish migration, fishpass
Wpływ piętrzenia wody na zmiany w korycie
rzeki
W korytach naturalnych, na całej długości ich biegu, to-pografia dna i układ poziomy są rezultatem złożonego, wzajemnego oddziaływania przepływu wody, brzegów koryta oraz ruchu rumowiska Ponieważ charakter rzeki uzależniony jest od wielu wzajemnie ze sobą powiązanych czynników hydrologicznych, hydraulicznych i morfolo-gicznych, należy pamiętać, że każda zmiana warunków przepływu wody (np prędkości, stanu wody) może pocią-gnąć za sobą nieodwracalne zmiany nie tylko w korycie, ale również w dolinie rzeki
Piętrzenie wody (dla celów energetycznych, progami stabilizującymi itp ) istotnie oddziałuje na procesy morfo-logiczne zachodzące w korycie rzeki Jest to szczególnie wyraźnie widoczne w przypadku obiektów hydrotech-nicznych piętrzących wodę dla potrzeb produkcji energii w małych elektrowniach wodnych (MEW), gdzie dąży się do jak największego wykorzystania energii przepływającej wody Oddziaływanie na środowisko obiektów hydrotech-nicznych piętrzących wodę odbywa się zarówno na etapie ich budowy, eksploatacji, jak i likwidacji Ze względu na długofalowość najistotniejsze jest oddziaływanie na etapie eksploatacji, które wpływa na zmiany morfologiczne w ko-rycie rzeki powyżej i poniżej piętrzenia, zmienia
hydrau-likę przepływu wody w rzece, może powodować zmiany w jej reżimie hydrologicznym poprzez zmianę wielko-ści przepływu wody w czasie, a także wywołuje zmiany w ekosystemie rzeki, oddziałując na elementy biologicz-ne i parametry fizykochemiczbiologicz-ne (Lessard, Heyes 2003, Radke i in 2012) Niezwykle ważnym aspektem oddzia-ływania obiektów hydrotechnicznych piętrzących wodę jest przerwanie ciągłości migracji organizmów (głównie ryb) poprzez fizyczny brak możliwości pokonania barie-ry Piętrzenie wody stanowi dla migrujących organizmów niemożliwą do pokonania przeszkodę W celu zachowania ciągłości migracji w górę rzeki (wstępującej) i w dół rzeki (zstępującej), konieczne jest wykonanie urządzenia wod-nego, które umożliwi pokonanie stopnia
Zmiany w hydraulice i morfologii koryta
Na całej długości rzeki występuje nieprzerwany wpływ płynącej wody na nieruchome dno i brzegi Wpływ ten objawia się procesami erozji, transportu i akumulacji ru-mowiska Materiał dna bądź brzegów koryta rzecznego zostaje na skutek działania płynącej wody oderwany (ero-zja), następnie przenoszony (transport) i ostatecznie zde-ponowany w innym miejscu (akumulacja) (Klimaszewski 2005) Morfologia koryta jest kształtowana przez ruch wody oraz sposób uruchomienia, transportu i odkładania rumowiska, a zależy głównie od prędkości przepływu wody, charakterystyki rumowiska, materiału dna i brze-gów oraz roślinności (Przedwojski 1998, Popek 2006) Jednym ze skutków transportu rumowiska dennego jest tworzenie się charakterystycznych dla danych warun-ków form dennych oraz korytowych (Przedwojski 1998, Radecki-Pawlik 2011) Należy wyraźnie podkreślić, że każda ingerencja w korycie rzeki zmieniająca elemen-ty wpływające na procesy jego kształtowania generuje zmiany w jego morfologii (Kondolf 1997)
Budowa każdego stopnia wodnego zaburza stan rów-nowagi koryta rzecznego Na skutek piętrzenia wody powyżej stopnia/MEW występuje zjawisko cofki – pod-niesienia się zwierciadła wody w rzece, które wpływa na zmiany warunków hydraulicznych (prędkość przepływu wody) i procesów morfologicznych (transport rumowi-ska rzecznego, procesy korytotwórcze) w korycie rzeki, sięgając nawet wielu kilometrów w górę rzeki Pod-niesienie poziomu zwierciadła wody skutkuje przede wszystkim zmianą spadku zwierciadła i zmniejszeniem prędkości przepływu, co powoduje zmianę charakteru przepływu wody W skrajnych przypadkach (niski prze-pływ i sztucznie utrzymywany wysoki stan) może nastą-pić przejście z ruchu turbulentnego do ruchu laminar-nego, w którym ruch wody odbywa się bez mieszania, warstwowo Jest to szczególnie widoczne w przypadku zaporowych zbiorników wodnych bądź elektrowni dery-wacyjnych, gdzie większość przepływu prowadzona jest przez kanał MEW, natomiast niewielką jego część (na ogół równą przepływowi nienaruszalnemu) przeprowa-dza się korytem rzeki w warunkach spiętrzonego zwier-ciadła wody Wtedy możliwe jest wystąpienie sytuacji
całkowitej zmiany naturalnego charakteru przepływu wody w korycie rzeki
W przypadku przegrodzenia koryta rzeki budowlą piętrzącą następuje zmiana warunków jednego z podsta-wowych czynników kształtujących systemy fluwialne – transportu rumowiska rzecznego, głównie wleczonego Przegrodzenie koryta rzeki i spiętrzenie zwierciadła wody doprowadza do zakłócenia, a nawet przerwania, ciągłości ruchu rumowiska i zachwiania równowagi dynamicznej w korycie rzeki Skutkiem tego jest proces akumulacji powyżej stopnia i proces erozji dna oraz brzegów rzeki poniżej stopnia
W zasięgu oddziaływania piętrzenia rumowisko pod-lega wpływom hydrodynamicznym zmieniającym się w kierunku przepływu Wraz ze zmniejszaniem się pręd-kości przepływu wody w cofce następują zmiany w pro-cesie transportu rumowiska rzecznego, które zaczyna być akumulowane powyżej piętrzenia Należy podkreślić, że proces akumulacji nie przebiega jednakowo i jest zmien-ny w czasie i przestrzeni Ze względu na zależność ruchu cząsteczki rumowiska od energii poruszającego ją stru-mienia, rumowisko unoszone w górnej części może przy-jąć formę rumowiska wleczonego (Popek 2006) Powol-nemu zmniejszaniu prędkości przepływu wody w danym przekroju rzeki towarzyszy sortowanie według wielkości ziaren transportowanego materiału, od grubszego do co-raz drobniejszego
Analizując proces akumulacji, należy zwrócić uwagę na to, że odkładanie się transportowanego materiału może postępować w górę rzeki W zależności od warunków hy-draulicznych i morfologicznych transportowane rumowi-sko deponowane jest głównie w górnej części zasięgu cofki piętrzenia (Przedwojski i in 2008) Nagromadzone osady mogą powodować zmniejszenie głębokości w miejscu de-ponowania, jednocześnie podpiętrzając zwierciadło wody w górze rzeki W związku z tym kolejne partie niesionego materiału są częściowo przetaczane w dół ku piętrzeniu, a częściowo odkładane na wydłużającym się w górę odcin-ku cofki – proces odkładania się rumowiska będzie postę-pował w górę rzeki (Dysarz i in 2006) W przypadku gdy rzeka spiętrzona jest jazem, zaś woda robocza prowadzona jest do elektrowni kanałem derywacyjnym, którego wlot umieszczony jest obok jazu, następuje zarówno swoisty podział wody na dwa strumienie, jak i podział rumowiska na dwie części, z których jedna osadza się w rzece, a dru-ga w kanale, wraz ze zmianą ilości wody przepuszczanej przez jaz i wprowadzanej do kanału
Zmiana warunków hydraulicznych powyżej piętrze-nia będzie skutkowała również zmianami form dennych charakterystycznymi dla danego odcinka rzeki Ponad-to spowolnienie przepływu wody może doprowadzić do zintensyfikowania procesu zarastania koryta, skutkując zwiększeniem szorstkości generującym wzrost oporów przepływu wody Zmiana w strukturze roślinności wodnej pociąga za sobą zmianę warunków hydraulicznych prze-pływu wody, oddziałując na rozkład prędkości na głęboko-ści i szerokogłęboko-ści koryta rzecznego To z kolei może wpłynąć na dalsze zmniejszenie zdolności do transportu rumowiska
i zintensyfikowanie procesu akumulacji Powyżej stopnia nastąpi zakłócenie naturalnej zależności stan/przepływ wody nie tylko na skutek samego piętrzenia, ale również w wyniku procesów korytowych związanych ze zmiana-mi warunków przepływu wody – akumulacją rumowiska i zarastaniem koryta Dlatego powyżej piętrzenia nastąpi istotna zmiana warunków przepływu wód wezbraniowych (Przedwojski i in 2007)
Ważnym zjawiskiem dotyczcym piętrzenia jest inten-sywna erozja denna poniżej budowli piętrzącej Piętrzenie wody narusza równowagę ciągłości przepływu rumowiska wleczonego (zmniejszenie/zatrzymanie transportu rumowi-ska), a działanie elementów stopnia (jaz, MEW) powodu-je zwiększenie energii wypływającej wody i koncentrację przepływu Zmiany wywołane procesem erozji uwidacz-niają się w przeobrażeniach układu dna koryta zarówno w profilu podłużnym, jak i w przekrojach poprzecznych Proces erozji powoduje powstanie wyboju miejscowego bezpośrednio poniżej wypadu z urządzeń upustowych, a także systematyczne obniżanie się poziomu dna na coraz dłuższym odcinku rzeki Ma ona charakter trwały i w mia-rę upływu czasu obejmuje swym zasięgiem coraz dłuższy odcinek, który po latach może osiągnąć wiele kilometrów (Wierzbicki i in 2008) Efektem jest początkowo dość szybkie, następnie wolniejsze, lecz ciągłe obniżanie się dna rzeki i związane z tym obniżanie się poziomu zwiercia-dła wody w korycie, zmniejszenie się spadku podłużnego rzeki, zmiany w uziarnieniu rumowiska (Wierzbicki i in 2008) oraz zmiany w układzie wód gruntowych i ciągłości morfologicznej z dopływami
Zmodyfikowane warunki hydrauliczne poniżej pię-trzenia mogą wpłynąć na zmianę form dennych charak-terystycznych dla danego odcinka rzeki Proces erozji po-niżej piętrzenia jest dodatkowo czynnikiem decydującym o zmianach uziarnienia rumowiska dennego w korycie Wody wypływające z turbin MEW i urządzeń upustowych usuwają drobniejszy materiał, powodując powstanie zja-wiska obrukowania dna (Wierzbicki, Wicher 2002) Na skutek tego procesu materiał dna staje się gruboziarnisty i mało zróżnicowany
Efektem procesu erozji poniżej piętrzenia jest rów-nież zakłócenie naturalnej zależności stan/przepływ W efekcie tych zmian poniżej piętrzenia stany wody przy danych przepływach ulegną obniżeniu – krzywa przepły-wów przesuwa się „w dół” (Wicher i in 2002, Wierzbicki i in 2008) Podobnie jak w przypadku procesu akumu-lacji zmiana tej zależności nie będzie jednorazowa, lecz rozłożona w czasie i zależna od zmian morfologicznych w korycie rzeki (dynamiki procesu erozji) Ponieważ pro-ces erozji ma charakter trwały i w miarę upływu czasu obejmuje swym zasięgiem coraz dłuższy odcinek rzeki, dodatkowo może doprowadzić do zakłócenia łączności morfologicznej z dopływami poniżej piętrzenia
Elementy biologiczne
Piętrzenia związane z hydroenergetyką niszczą ciągłość podłużną rzeki, zakłócając przepływ energii, materii i
ge-nów Jest to nie tylko szkodliwe dla ryb, które są odcinane od tarlisk, żerowisk i zimowisk, ale i innych organizmów Organizmy wolno wędrujące, np małże lub raki, także nie są w stanie sforsować przegrody Nawet stojąca woda w zbiorniku lub bardzo wolno płynąca woda w korycie rzeki może stanowić barierę behawioralną dla ryb reofil-nych powodując rozcięcie populacji Każde piętrzenie modyfikuje morfologię koryta rzecznego Przekształcenia morfologii koryta powyżej piętrzenia oraz poniżej piętrze-nia w istotny sposób zmiepiętrze-niają naturalne warunki migracji organizmów, gdyż pierwotne mezo- i mikrosiedliska zani-kają lub zmieniają się ich proporcje (Lessard, Heyes 2003) Należy również wskazać, że wbrew powszechnemu prze-konaniu turbiny elektrowni wodnych nie natleniają wody, a nawet, jeśli są zasilane ze zbiorników zaporowych, mogą pogorszyć warunki tlenowe w rzece
Do zmienionych warunków hydrologicznych i morfo-logicznych dostosowują się biocenozy, stopniowo coraz bardziej różniące się od tych, które pierwotnie występowa-ły w naturalnej rzece Tempo tych zmian zależy nie tylko od skali odkształceń hydromorfologicznych, ale również od wrażliwości występujących gatunków oraz stopnia naturalności rzeki przed budową piętrzenia – najszybciej zareagują systemy naturalne lub zbliżone do naturalnych
Oddziaływania piętrzeń na zespoły fauny dobrze udo-kumentowane są w stosunku do gatunków ryb Naturalne populacje ryb przez tysiące lat ewoluowały w swoich uni-kalnych ekosystemach, w specyficznych dla każdej rzeki warunkach morfologicznych i reżimie hydrologicznym Stąd w dużych systemach rzecznych występuje często jeden genotyp dla każdego dopływu, który ma swoją wła-sną strategię migracyjną, żerowania, wzrostu itd , wypra-cowaną dla własnego systemu (Verspoor 1997) Z tego powodu ryby są szczególnie wrażliwe na wszelkie od-kształcenia hydromorfologiczne Zmniejszenie szybkości przepływu w cofce piętrzenia powoduje, że ta część rzeki staje się nieprzydatna do bytowania gatunków reofilnych, które zastępowane są gatunkami stagnofilnymi W przy-padku rzeki jest to traktowane jako degradacja struktu-ry ichtiofauny Dobstruktu-rym przykładem całkowitej zmiany struktury gatunkowej ryb w cofce piętrzenia jest Wisła w Krakowie Podpiętrzenie spowodowane stopniem wod-nym Dąbie przyczyniło się do zniknięcia pstrągów, świn-ki, brzany – ich miejsce zajęły leszcze (Włodek, Skóra 1993) Drugim ważnym powodem zmian struktury ich-tiofauny lub jej zaniku są fizyczne trudności w pokonaniu barier poprzecznych Na zanik ryb w potokach kluczowy wpływ mają nawet małe progi wodne (Bylak i in 2009, Kukuła 2011)
Środki minimalizujące wpływ piętrzenia
na migrację ryb
Działania eliminujące lub ograniczające negatywny wpływ odnoszą się do samego przedsięwzięcia i jego cha-rakterystyki Mają one na celu taką zmianę cech
inwesty-cji (piętrzenia, elektrowni lub urządzeń spustowych), aby sprowadzić oddziaływania do poziomu co najwyżej mało znaczącego Najlepiej byłoby, gdyby środki łagodzące doprowadziły do całkowitej eliminacji negatywnych skut-ków, ale taka sytuacja w praktyce jest niezwykle rzadka Ograniczenie oddziaływania stopnia piętrzącego (np sto-pień z MEW) na warunki migracji organizmów w rzece należy rozpatrywać w kontekście kompleksowych roz-wiązań łączących zastosowanie różnych środków
Gospodarowanie wodą na obiekcie hydrotechnicznym
Analizując wpływ piętrzenia i działania MEW na hy-draulikę i morfologię rzeki, należy podkreślić znaczenie właściwej gospodarki wodnej na obiekcie Odpowiedni rozdział przepływu wody w rzece na poszczególne ele-menty stopnia powinien uwzględniać nie tylko potrzeby energetyczne, ale również zjawiska towarzyszące piętrze-niu Gospodarowanie wodą (zmiany poziomu piętrzenia, rozdział przepływu wody) powinno uwzględniać wpływ, jakie dane działanie wywiera na warunki przepływu wody powyżej i poniżej piętrzenia Z punktu widzenia działania MEW logiczne jest, że przez turbiny przepro-wadzana być powinna jak największa część przepływu Należy jednakże podkreślić, że rozdział wody powinien uwzględniać w pierwszej kolejności zapewnienie potrzeb biologicznych koryta rzeki (przepływ nienaruszalny, cią-głość migracji – praca przepławki), a następnie pokrycie potrzeb MEW z uwzględnieniem przepustowości turbin (minimalna i maksymalna) i możliwości utrzymania po-ziomu piętrzenia w danych warunkach hydrologicznych Szczególnego znaczenia nabiera to w wypadku elektrow-ni derywacyjnych, gdzie zmelektrow-niejszeelektrow-nie przepływu wody w rzece może wystąpić nawet na dłuższym jej odcinku Wtedy należy ze szczególną uwagą przeanalizować ko-nieczność zapewnienia odpowiedniej ilości wody w celu zaspokojenia biologicznych potrzeb wodnych w korycie rzeki
Środki ograniczające śmiertelność ryb w turbinach
Ta grupa rozwiązań ma na celu niedopuszczenie do do-stania się migrujących ryb do turbin MEW bądź urządzeń upustowych stopnia, głównie w przypadku migracji w dół rzeki (zstępującej) Wyróżnić tutaj można: zabezpiecze-nia mechaniczne stałe, zabezpieczezabezpiecze-nia mechaniczne ru-chome, bariery behawioralne
Zabezpieczenia mechaniczne stałe są stosowane przed wlotami do turbin od strony wody górnej oraz poniżej wy-lotów z turbin od strony wody dolnej Urządzenia te moż-na podzielić moż-na: kraty ochronne, ekrany kierujące, bariery oprowadzające i bariery ochronne Zabezpieczenia me-chaniczne ruchome są lokalizowane przy większych elek-trowniach przed wlotami do turbin od strony wody górnej i mogą mieć postać obrotowych walców lub pionowych taśmociągów z perforowaną powierzchnią, czyszczącą się
samoczynnie w trakcie wykonywania obrotów Z kolei zadaniem barier behawioralnych jest takie oddziaływanie na zachowanie ryb, aby kierowały się do stref umożliwia-jących im dalszą wędrówkę (urządzeń migracyjnych) Do tego typu rozwiązań można zaliczyć: bariery żaluzjowe, bariery akustyczne, bariery świetlne, kurtyny sprężonego powietrza, bariery łańcuchowe, bariery elektryczne
Urządzenia służące migracji ryb
Analizując umożliwienie migracji ryb przez stopień wod-ny należy podkreślić fakt, że warunki migracji wstępują-cej i zstępująwstępują-cej nie są jednakowe, gdyż dotyczyć mogą różnych gatunków ryb w różnych stadiach rozwojowych (dojrzałe łososie migrujące w górę rzeki na tarło i smolty łososia migrujące w dół rzeki) i w różnych okresach (róż-nych warunkach hydrologicz(róż-nych) Dotychczas przyjmo-wano, że urządzenia służące migracji umożliwiają poko-nanie przegrody podczas wędrówki w górę rzeki Obecnie należy budować dwufunkcyjne urządzenia do migracji w obu kierunkach lub dwa odrębne urządzenia do tego celu: przepławkę do migracji wstępujących i przelew mi-gracyjny do migracji zstępujących
Jako możliwą drogę migracji zstępującej przez stopień wodny można wymienić (ryc 1): komorę turbin, przele-wy urządzeń hydrotechnicznych, przeleprzele-wy migracyjne, specjalne urządzenia obejściowe, niektóre typy przepła-wek, rozwiązania nietypowe Najlepszą efektywnością charakteryzują się dobrze zlokalizowane i zaprojektowa-ne przelewy migracyjzaprojektowa-ne, specjalzaprojektowa-ne urządzenia obejścio-we, niektóre typy przepławek, do których są kierowane lub oprowadzane ryby wędrujące w dół rzeki Z kolei jako drogę migracji wstępującej przez stopień wodny można wskazać jedynie przepławki i rozwiązania nietypowe (ryc 1) Dobór urządzenia i jego rozwiązania projektowe oraz działanie zależne są od rodzaju i wymogów środo-wiskowych ryb, warunków hydrologicznych, warunków
Ryc. 1. Możliwe drogi migracji ryb przez piętrzenie z małą
elek-trownią wodną (MEW)
Fig. 1. Possible fish migration paths trough barrage with water
morfologicznych, parametrów technicznych urządzeń, rozdziału wody w węźle
W wypadku doboru rozwiązania urządzenia umożli-wiającego migrację przez stopień wodny trzeba brać pod uwagę wiele istotnych aspektów, takich jak: optymalna lokalizacja, wejście (wylot wody) od strony dolnej wody, warunki prądu wabiącego, wyjście (wlot wody) od stro-ny górnej wody, przepływ wody i warunki hydrauliczne w przepławce, parametry geometryczne przepławki, dno przepławki, czas (terminy) pracy, utrzymanie i konser-wacja przepławki, monitoring efektywności działania, integracja z otoczeniem Przede wszystkim powinno się uwzględniać cechy gatunkowe oraz możliwości i potrze-by ryb Stąd, najogólniej, parametry geometryczne (roz-miary) przepławek należy projektować z uwzględnieniem największych migrujących w danej rzece ryb, natomiast parametry hydrauliczne z uwzględnieniem najsłabszych Przy projektowaniu przepławek trzeba również wziąć pod uwagę zmienne warunki hydrologiczne i morfologicz-ne damorfologicz-nej rzeki i damorfologicz-nego przekroju oraz terminy migracji ryb Przepławka musi funkcjonować w ciągu całej doby, a ewentualne ograniczenia pracy mogą wystąpić jedynie w wypadku wystąpienia przepływów ekstremalnych oraz podczas prac remontowych, które mogą być prowadzone tylko poza okresami migracyjnymi Ponieważ przepławki są konstrukcjami sztucznie wykonanymi, istnieje potrze-ba właściwej integracji z otoczeniem (korytem i doliną rzeki), stąd powinno się stosować materiały naturalne i lokalne, zapewniając połączenie z korytem rzeki, wkom-ponowanie w krajobraz z jednoczesnym zabezpieczeniem konstrukcji przed dewastacją i kłusownictwem
Jako podstawowy dla analizy możliwości udrożnienia piętrzenia pod kątem migracji należy przyjąć fakt, że zdol-ność rozpoznawania kierunku nurtu i rozkładu prędkości w strumieniu wody przez organizmy wodne odgrywa de-cydującą rolę w ich orientacji w rzekach (Wiśniewolski i in 2008) Stąd maksymalizacja efektywności funkcjo-nowania przepławki polega na przyjęciu takiego rozwią-zania, które umożliwi migrację różnych gatunków i osob-ników w zmiennych warunkach przepływu wody przez stopień Przy projektowaniu przepławek należy uwzględ-niać terminy migracji ryb, a także zmienne warunki hy-drologiczne oraz morfologię koryta charakterystyczne dla danej rzeki i danego przekroju Ewentualne ograniczenia pracy przepławki mogą wystąpić tylko w wypadku wystą-pienia przepływów ekstremalnych, choć należy pamiętać, że to właśnie wezbrania są impulsem podejmowania wę-drówek wstępujących przez wiele gatunków
Lokalizacja przepławki maksymalizująca efektyw-ność jej funkcjonowania uwarunkowana jest kierunkiem migracji ryb w korycie rzeki (migracja w górę rzeki i w dół rzeki) W związku z tym lokalizacja przepławki: • powinna być uzależniona od kierunku drogi ryb w
ko-rycie określonego na podstawie obserwacji,
• powinna być uzależniona od kształtowania się linii nur-tu w korycie – tam, gdzie występuje najsilniejszy prąd, • dla stopnia z elektrownią wodną po stronie EW, • jak najbliżej zapory bądź wylotu z turbin,
• dla stopnia usytuowanego ukośnie na brzegu kąta ostrego,
• dla stopnia MEW z kanałem derywacyjnym może za-chodzić konieczność wykonania dwóch przepławek, aby zapewnić migrację przez kanał i rzekę (lokaliza-cja przy EW i na stopniu kanału)
Wylot wody z przepławki (wejście) od strony dolnej wody decyduje o możliwości odnalezienia przepławki i wejścia do niej przez migrujące w górę rzeki organizmy W związku z tym wylot wody z przepławki powinien: • być zlokalizowany w strefie koncentrowania się ryb
określonej na podstawie obserwacji,
• zapewniać wejście przy zmiennych stanach wody, co wymusza dokładną analizę warunków przepływu wody na dolnym stanowisku,
• być jasny – oświetlony najlepiej światłem dziennym, • być widoczny dla ryb migrujących przy brzegu i w
ko-rycie – może zachodzić konieczność wykonania kilku wejść w planie,
• o geometrii umożliwiającej wejście organizmów róż-nej wielkości,
• być zlokalizowany na granicy turbulencji na wypadzie jazu/MEW i umożliwiać wejście rybom gromadzącym się przy wylocie z turbin oraz migrującym przy dnie, • być usytuowany najlepiej równolegle do nurtu rzeki
(brak zmiany kierunku płynięcia ryb) bądź pod kątem 30˚ do nurtu rzeki (niekorzystne jest wykonanie pro-stopadłego wylotu wody),
• zapewniać odpowiednią wielkość przepływu gwaran-tującą potrzebne parametry prądu wabiącego, • być wyposażony w zamknięcie umożliwiające
wy-konywanie niezbędnych napraw i prac konserwacyj-nych
Uzyskiwany poprzez wypływ wody z przepławki na dolne stanowisko stopnia prąd wabiący jest elementem decydującym o możliwości odnalezienia wejścia do prze-pławki, i co za tym idzie, o pokonaniu stopnia wodnego Stąd prąd wabiący winien być:
• wyczuwalny (szczególnie w strefach sprzyjających migracji), tzn konkurencyjny w stosunku do przepły-wu wody w korycie,
• o prędkości większej niż w korycie, jednakże miesz-czącej się w granicach możliwości pływackich migru-jących gatunków
Należy wyraźnie podkreślić, że ze względu na klu-czową rolę parametry prądu wabiącego powinny być tak dobrane, aby wabienie ryb było możliwe w jak najwięk-szym zakresie przepływów (zmiany przepustowości tur-bin, przepuszczanie wody przez inne niż MEW elementy stopnia) oraz stanów wody
Z kolei warunki hydrauliczne przepływu wody w przepławce oraz jej geometria decydują o możliwości pokonania przepławki przez ryby Dobór konstrukcji, pa-rametrów geometrycznych oraz hydraulicznych powinien uwzględniać cechy gatunkowe i możliwości pływackie ryb, stąd:
• całkowity dostępny przepływ musi być kierowany do przepławki celem zapewnienia jej pracy, a woda do
zasilania przepławki może być pobierana tylko z da-nej rzeki,
• należy zapewnić zachowanie minimalnej głębokości przepływu wody w różnych warunkach hydrologicz-nych,
• powinno się zapewnić nieprzekraczanie w każdym punkcie przepławki maksymalnej możliwej do poko-nania przez najsłabsze organizmy prędkości przepły-wu wody,
• maksymalna różnica poziomów wody pomiędzy ba-senami nie powinna być większa niż 0,2 m (DVWK 2002),
• w przepławce należy zapewnić odpowiednie rozpro-szenie (dyssypację) energii płynącej wody, zakładając nieprzekraczanie wartości 150 (200) W m–3 w każdej
komorze przepławki (DVWK 2002) oraz dodatkowo zapewniając tzw baseny spoczynkowe, gdzie wiel-kość rozproszenia energii nie powinna przekraczać 50 W m–3 (DVWK 2002), w których migrujące
organi-zmy będą miały możliwość przerwania pokonywania przepławki i odpoczynku,
• przepławka powinna umożliwić bezpieczne przepusz-czenie wód powodziowych
Dla skuteczności funkcjonowania przepławki ma rów-nież znaczenie wlot wody (wyjście z przepławki) od strony górnej wody Powinien on zapewnić z jednej strony zasi-lanie przepławki (niezakłócony dopływ wody), a z drugiej bezpieczne wyjście organizmów migrujących w górę rzeki i wejście organizmów migrujących w dół rzeki W związku z tym wlot wody do przepławki powinien:
• zapewnić odpowiedni przepływ i prędkości przepły-wu wody z uwzględnieniem możliwości pływackich różnych gatunków,
• zapewnić bezpieczne wyjście bez możliwości spłynię-cia ryb do wlotu turbin bądź do pracującego jazu, • zapewnić odpowiednią głębokość zwłaszcza w
wy-padku wahań poziomu piętrzenia,
• umożliwić wyjście i wejście rybom migrującym przy dnie,
• być wyposażony w zamknięcie umożliwiające za-mknięcie dopływu wody i wykonywanie niezbędnych napraw i prac konserwacyjnych
Nie bez znaczenia jest również charakter dna w prze-pławce, które powinno być wyłożone substratem natural-nym i charakterystycznatural-nym dla rzeki, szorstkie, o zróżni-cowanej granulacji na całej długości, odporne na erozję i uszkodzenia, różnicujące rozkład prędkości w pionie i ułatwiające migrację niewielkich osobników dzięki ele-mentom (kamieniom) umożliwiającym chowanie się oraz migrację przy dnie
Dobrą praktyką jest prowadzenie monitoringu sku-teczności działania przepławki polegającego na kontroli ilościowej i jakościowej organizmów pokonujących prze-pławkę Możliwe jest, że wyniki monitoringu wymuszą poprawę skuteczności działania przepławki
Przepławki można podzielić na urządzenia naśladu-jące warunki naturalne (przepławki seminaturalne), urzą-dzenia techniczne (przepławki techniczne) i rozwiązania nietypowe Na rycinie 2 przedstawiono ogólny podział przepławek
Każdorazowo (nawet w przypadku likwidacji piętrze-nia) udrożnienie stopnia uniemożliwiającego migrację organizmów wodnych powinno być poprzedzone kon-cepcją uwzględniającą wnikliwą analizę uwarunkowań formalnoprawnych, środowiskowych, technicznych oraz różnych możliwych do realizacji wariantów
Uwarunko-Ryc. 2. Ogólny podział przepławek według DVWK (2002), zmienione Fig. 2. Fishpasses general systematic by DVWK (2002), modified
wania formalnoprawne powinny uwzględniać zarówno poziom europejski (np dyrektywa ptasia i siedliskowa), poziom krajowy (np program wodno-środowiskowy kraju), poziom regionalny (np plany gospodarowania wodami na obszarach dorzeczy), poziom lokalny (np miejscowy plan zagospodarowania przestrzennego gmi-ny) oraz plany ochrony obszarów chronionych (np Natu-ra 2000) Analiza uwarunkowań środowiskowych winna zawierać charakterystykę ichtiologiczną w zlewni, i to zarówno współczesną, jak i historyczną oraz planowaną w przyszłości obejmującą m in okresy i warunki migra-cji, okresy i warunki tarła, warunki bytowania czy możli-wości pływackie, charakterystykę hydrologiczną rzeki, w tym m in stany i przepływy typowe, o określonym czasie trwania, o określonym prawdopodobieństwie przekrocze-nia, konwencjonalne, oraz charakterystykę morfologicz-ną zlewni i rzeki, obejmującą m in opis koryta, strukturę zlewni i koryta, materiał dna, zagospodarowanie zlewni, zmiany wywołane piętrzeniem, wpływ antropopresji Z kolei uwarunkowania techniczne winny obejmować charakterystykę stopnia, m in zadania stopnia, jego in-frastrukturę (np MEW), działanie (np gospodarowanie wodą), warunki hydrauliczne przepływu wody itp Ana-liza różnych wariantów udrożnienia stopnia winna za-wierać przede wszystkim wariant likwidacji piętrzenia, w następnej kolejności rozwiązanie seminaturalne, dalej techniczne i nietypowe Nie bez znaczenia pozostaje ja-kość opracowania projektu oraz wykonania urządzenia, a także jego użytkowanie Często pomijanym aspektem jest konieczność wprowadzania zmian i korekt w pracy urządzenia, które na podstawie obserwacji mogą się oka-zać niezbędne w celu poprawy efektywności działania
Literatura
Bylak A , Kukuła K , Kukuła E , 2009 Influence of regulation on ich-thyofauna and benthos of the Różanka stream Ecohydrology & Hy-drobiology 9: 211–223
DVWK (Deutscher Verband für Wasserwirtschaft und Kulturbau), 2002 Fish passes – Design, dimensions and monitoring FAO, Rome Dysarz T , Wicher-Dysarz J , Przedwojski B , Wierzbicki M , 2006
Wpływ zabudowy oraz procesów morfodynamicznych na transfor-mację reżimu hydrologicznego w cofkowej części zbiornika Jezior-sko na rzece Warcie Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich 4: 213–222
Klimaszewski M , 2005 Geomorfologia Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa
Kondolf G M , 1997 Hungry water: effects of dams and gravel mining on river channels Environmental Manage 21: 533–551
Kukuła K , 2001 Ichtiofauna górnego Sanu Referat w PTH Kraków, 15 04 2011
Lessard J L , Hayes D B , 2003 Effects of elevated water temperature on fish and macroinvertebrate communities below small dams River Research and Applications 19(7): 721–732
Popek Z , 2006 Warunki ruchu rumowiska wleczonego w małej rzece nizinnej Wydawnictwo SGGW, Warszawa
Przedwojski B , 1998 Morfologia rzek i prognozowanie procesów rzecznych Wydawnictwo Akademii Rolniczej im Augusta Ciesz-kowskiego w Poznaniu, Poznań
Przedwojski B , Dysarz T , Wicher-Dysarz J , Wierzbicki M , 2008 Analiza wpływu czynników morfodynamicznych i wegetacyjnych na kształtowanie warunków hydraulicznych w cofkowej części nizin-nych zbiorników wodnizin-nych Monografia Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Poznań
Przedwojski B , Wierzbicki M , Wicher-Dysarz J , Walczak N , 2007 Stan zagrożenia powodziowego powyżej zbiornika Jeziorsko Nauka, Przyroda, Technologie 1(2): 229–240
Radecki-Pawlik A , 2011 Hydromorfologia rzek i potoków górskich Wydawnictwo Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, Kraków Radke G , Bernaś R , Skóra M , 2012 Małe elektrownie wodne – duże
problemy ekologiczne: przykłady z rzek północnej Polski Chrońmy Przyrodę Ojczystą 68(6): 424–434
Verspoor E , 1997 Genetic diversity among Atlantic salmon (Salmo sa-lar L.) populations ICES Journal of Marine Science 54: 965–973 Wierzbicki M , Hammerling M , Przedwojski B , 2008 Przebieg
proce-su erozji poniżej zbiornika Jeziorsko na rzece Warcie Przegląd Na-ukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska XVII 2(40): 136–145 Wierzbicki M , Wicher J , 2002 Wpływ erozji poniżej zbiornika Jezior-sko na zmiany zachodzące w korycie rzeki Warty Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska XI 2(25): 91–102
Wiśniewolski W , Mokwa M , Zioła S , 2008 Migracje ryb – przyczyny, zagrożenia i możliwości ochrony Monografia Dolnośląskie Wydaw-nictwo Edukacyjne, Wrocław
